この記事では、RFコンバータの設計について、RFアップコンバータとRFダウンコンバータの設計を示すブロック図とともに解説します。また、このCバンド周波数コンバータで使用される周波数コンポーネントについても触れています。設計はマイクロストリップ基板上に、RFミキサー、局部発振器、MMIC、シンセサイザ、OCXO基準発振器、減衰器パッドなどのディスクリートRFコンポーネントを用いて行われます。
RFアップコンバーターの設計
RF周波数コンバータとは、周波数をある値から別の値に変換する装置のことです。周波数を低い値から高い値に変換する装置は、アップコンバータと呼ばれます。無線周波数で動作するため、RFアップコンバータと呼ばれます。このRFアップコンバータモジュールは、約52～88MHzのIF周波数を約5925～6425GHzのRF周波数に変換します。そのため、Cバンドアップコンバータと呼ばれます。衛星通信アプリケーションで使用されるVSATに搭載されるRFトランシーバーの一部として使用されます。
図1：RFアップコンバータのブロック図
RFアップコンバーター部の設計を、ステップバイステップのガイドで見ていきましょう。
ステップ 1: ミキサー、局部発振器、MMIC、シンセサイザー、OCXO 基準発振器、アッテネータ パッドが一般的に入手可能かどうかを調べます。
ステップ2：デバイスの1dB圧縮点を超えないように、特にMMICの入力部など、ラインアップのさまざまな段階で電力レベルの計算を行います。
ステップ3：設計内のミキサーの後に不要な周波数を除去するために、通過させたい周波数範囲に基づいて、さまざまな段階で適切なマイクロストリップベースのフィルタを設計します。
ステップ4：RF搬送周波数に応じて選択した誘電体について、PCB上のさまざまな場所で必要な導体幅を適切に設定し、Microwave OfficeまたはAgilent HP EEsofを使用してシミュレーションを実行します。シミュレーション中は、シールド材を筐体として使用することを忘れないでください。Sパラメータを確認します。
ステップ 5: PCB を製造し、購入した部品をはんだ付けします。
図1のブロック図に示すように、デバイス（MMICおよびミキサー）の1dB圧縮点に対応するため、3dBまたは6dBの適切な減衰パッドを間に挿入する必要があります。
適切な周波数の局部発振器とシンセサイザを使用する必要があります。70MHzからCバンドへの変換には、1112.5MHzのLOと4680～5375MHzの周波数範囲のシンセサイザが推奨されます。ミキサーを選択する際の経験則は、LO電力がP1dBにおける最大入力信号レベルより10dB大きいことです。GCNは、アナログ電圧に基づいて減衰量を変化させるPINダイオード減衰器を使用して設計されたゲイン制御ネットワークです。不要な周波数を除去し、必要な周波数を通過させるために、必要に応じてバンドパスフィルタとローパスフィルタを使用することを忘れないでください。
RFダウンコンバーターの設計
周波数を高い値から低い値に変換するデバイスは、ダウンコンバーターと呼ばれます。無線周波数で動作するため、RFダウンコンバーターと呼ばれます。RFダウンコンバーターの設計をステップバイステップで見ていきましょう。このRFダウンコンバーターモジュールは、3700～4200MHzのRF周波数を52～88MHzのIF周波数に変換します。そのため、Cバンドダウンコンバーターと呼ばれます。
図2：RFダウンコンバータのブロック図
図2は、RF部品を用いたCバンドダウンコンバータのブロック図を示しています。それでは、RFダウンコンバータ部の設計を段階的に見ていきましょう。
ステップ1：RF周波数を4GHzから1GHz、および1GHzから70MHzに変換するヘテロダイン設計に基づき、2つのRFミキサーが選択されました。設計に使用されているRFミキサーはMC24M、IFミキサーはTUF-5Hです。
ステップ2：RFダウンコンバータの各段階で使用するための適切なフィルタが設計されています。これには、3700～4200MHzのBPF、1042.5±18MHzのBPF、および52～88MHzのLPFが含まれます。
ステップ3：ブロック図に示すように、デバイスの出力および入力における電力レベルを満たすために、MMICアンプICと減衰パッドが適切な場所に配置されます。これらは、RFダウンコンバータのゲインと1dB圧縮点の要件に応じて選択されます。
ステップ4：アップコンバータ設計で使用されるRFシンセサイザとLOは、図に示すようにダウンコンバータ設計でも使用されます。
ステップ5：RFアイソレータは、RF信号が一方向（前方）にのみ通過し、後方へのRF反射を阻止するために、適切な場所に配置されます。そのため、単方向デバイスとして知られています。GCNはゲイン制御ネットワークの略です。GCNは可変減衰デバイスとして機能し、RFリンクバジェットに応じてRF出力を希望どおりに設定できます。
結論：このRF周波数変換器の設計で述べた概念と同様に、Lバンド、Kuバンド、ミリ波バンドなどの他の周波数帯でも周波数変換器を設計することができる。
投稿日時：2023年12月7日
